前言
隨著信息時代的到來，新業務和新技術的迅速推廣應用，通信業務種類、數量及用戶需求的劇增，通信網絡性能變得更強，規模更廣。干線傳輸系統設備也日益更新。從電纜傳輸到光纜傳輸，從模擬設備到數字設備，從PCM、PDH到SDH、DWDM和OTN（開放式傳輸網絡）設備。對于許多延伸性的網絡，如地鐵、輕軌、機場、配電網絡、石化工廠和化工車間等，常常采用混合通信的系統環境，在這些情況下，OTN是一種非常理想的解決方案。
由于城市地鐵、輕軌一般長度為10～20Km，沿線經10～20個車站，多數通信集中在控制中心OCC和車站（車輛段）之間進行，要求有多種類型的語音通信、時鐘系統、廣播系統、視頻監控、無線系統、電力監控、列車監控、自動售檢票、閘機系統等，利用OTN把這些服務結合成一體，構成一種高速度、易管理沒有距離限制的光纖網絡。下面對OTN系統進行具體介紹。
OTN的含義和特點
OTN（開放式傳輸網絡Open Transport Network）利用最新的光纖技術建立的一種傳輸系統。它采用雙環路方式，具有更高的網絡可用性，而且在一個網絡里綜合了不同類型的服務，由此，它能實現幾乎所有的傳送任務，滿足諸如語音、數據、LAN、視頻和任何其他特殊的服務需求。
OTN的名字顯示了其系統內涵：
Open 利用接口模塊，它能處理幾乎所有的已有物理接口標準，以及特殊環境中的各種具體的通信協議。
Transport:由于OTN的主要操作都是在OSI模型的物理層中，它對高層的各種協議都是透明的傳輸。因此它能完全透明的傳輸各種不同類型的信息（如語音、數據、數字視頻和LAN），且具有極高的可靠性。
Network：它采用了光纖技術，這也是未來的網絡體系基礎，傳輸距離幾乎沒有限制，是混合環境中最理想的解決方案。當然由于OTN監控的可靠性和靈活性，它也可很好地應用于網絡中的某一項特定服務，如交換機（PBX）之間2M口的互連。
另外，OTN還可以通過簡單的增加接口卡實現從一種環境移植到另一環境中，能夠適應快速發展的通信需求，能在未來的長期內使用，比較適合長遠投資的規劃。 
OTN的組成
OTN目前有3個版本：OTN-36，OTN-150和OTN-600，分別提供36Mb/s、150Mb/s和600 Mb/s的3種帶寬，OTN版本之間可平滑升級。目前地鐵中比較流行采用的是OTN-150版本。
OTN網絡體系結構由4個主要系統部件組成，包括光纖主干網、OTN節點機、為進入系統提供的接口卡和網絡控制中心（NCC）。
光纖主干網在地鐵、輕軌正線區段沿左右線隧道邊墻電纜支架或電纜槽各敷設一條光纜，連接各節點機，形成環狀，由于地鐵、輕軌各站站間一般2Km左右，光纜盤長應按兩站間距離確定，中間不允許有接頭。光纖主干網可使用3種光纖，即多模光纖50/125、65/125和單模光纖9/125。光傳輸機可采用LED、CD-Laser和激光形式，可工作在820nm、1310nm、1550nm3個波長，另外帶寬也有36Mb/s、150 Mb/s和600 Mb/s三種選擇。因此OTN有多種選擇，可適用于不同環境和投資。目前地鐵、輕軌系統中采用的大多為150Mb帶寬、1310nm波長的激光光源和單模光纖組成的OTN網。
OTN節點機采用點對點鏈接方式互連并形成2個方向相反的環，分別稱為主環和次環。正常運行時，與OTN相連設備的數據被發送到主環上，次環處于備用狀態并與主環保持同步，以便監視系統的可用性。緊急情況下，次環能部分或全部接管所有數據的傳輸。為系統提高高的可靠性和可用性。
OTN節點機由公用模塊和8個標準接口模塊插槽構成。公用模塊包括光電轉換模塊（OTR1、OTR2），光環形適配卡（ORA）和電源模塊（PSU）。通常還配一個鈴流發生器（RG）供電話系統使用。8個接口插槽可插入不同的接口卡。如圖2所示表明了其具體構成。 
兩個光電模塊（OTR1、OTR2）分別插在ORA卡上，合稱公用邏輯卡，OTR1模塊位于OTR2模塊下方，分別接主環光纜和次環光纜。公用邏輯卡實現時分多路復用（TDM），完成兩個OTR模塊與所有接口卡之間的輸入/輸出，ORA將從OTR上收到的信息傳送給適當的接口卡上，并把來自接口卡上的信息傳送到光纖模塊OTR上以供傳輸。同時ORA卡還可完成與NCC之間的輸入/輸出，當某一節點的ORA卡與NCC相連時，這個ORA卡則通過以太接口與NCC進行通信，當其他節點的ORA卡與NCC相連時，這個ORA卡則通過光纖環與NCC進行通信。另外ORA能夠讀出節點機的狀態和控制數據，對光纖環進行管理的功能。
電源模塊（PSU）共有兩種：一種是每個節點機都有的用于產生公用邏輯卡和所有接口卡所需電壓（+5V、+12V、-12V）的電源模塊。另一種是為裝有語音通信的電話終端用戶的節點機提供-48V的電源模塊，若使用的是模擬電話，則此電源帶有鈴流發生器，若使用的是數字電話，則不帶有鈴流發生器。
OTN的所有插槽和接口卡的尺寸都是統一的，任何接口卡都可插入任意槽里。所有的用戶設備都經過接口卡與OTN系統相連。接口卡完成信息和數字信號的互換，并將數字信號插入到繞環傳輸的TDM幀中以及從TDM幀中恢復出數字信號。這些接口卡都可以帶電插撥。多種接口卡模塊可用于語音、數據、LAN、控制和視頻等連接。
工作原理
在光纖環上的各OTN節點間的通信采用時分多路復用（TDM）技術，使得在環上的多個用戶共享傳輸介質。時分復用時，時間被分成重復的幀，幀長為31.25μs（即電話通信幀長125μs的1/4），這些幀再被分成時隙，所有的時隙長度都是1bit，設備能根據其信號傳輸的需要被分配幾個時隙來滿足傳輸速率的要求，因此OTN能提供眾多的、滿足不同需要的通用和專用接口卡，為滿足用戶新的需要奠定了技術基礎。
OTN系統對于用戶設備和其他通信系統是完全透明的，即末端設備不必知道OTN是否正在傳送信息，它為一個連接分配許多時分復用幀比特，建立永久性虛擬電路，允許是常比特率或變比特率，將通信業務有效地復用在高速的介質上，分配的比特數依需要的帶寬而定。
任何傳輸系統都可能由于某種原因而發生故障，如光纜斷開，光收發機故障等都能造成系統故障，甚至不能工作。OTN網的雙環結構具有并行的光纖，在每個節點機上帶有控制算法，為網絡提供了獨特的“熱備用”和自修復能力。在故障狀態下，由于其自動的光纖傳輸路徑重構能力，使得系統能繼續工作。根據入射光的損失或傳輸同步的丟失，節點能立即檢測到所有的故障，每個節點能決定將輸入光纖上的數據回送到另一個環上的輸出光纖，以這種方式形成一個新的邏輯環，該邏輯環將兩次通過末端的節點。
當正常運行時，數據在主環上傳輸，次環備用并保持同步.當主環的光纖斷開時,OTN網的傳輸自動切換到次環上，從而繼續保持系統正常工作；當主/次環光纖都斷開時，與斷開點想鄰的的兩個節點自動將輸出光纖上的信息回送到同一節點上的另一環上的輸入光纖，從而形成回環，使系統繼續保持工作，并將故障段隔離，保證了系統的可用性，同時也為系統提供了高可靠性；當節點機出現故障時，與該節點機相鄰的兩節點機自動將輸出光纖上的信息回送到同一節點上的另一環上的輸入光纖，從而形成回環，并隔離該節點機，使其他節點系統繼續保持工作，等待該故障節點機修好后，再切換到主環工作.
網絡的拓樸結構
網絡拓樸可分為邏輯拓樸和物理拓樸，邏輯拓樸描述信息在網上傳送的路徑，物理拓樸則描述如何安排節點和介質及它們之間的連接。
邏輯拓樸有雙環結構和和菊花鏈結構，而雙環結構具有對故障最優的恢復能力，是最完美的一種邏輯拓樸。在雙環結構中，光纖線路是閉合的，線路一斷開，系統就通過環回方式響應這種變化，并指示故障情況，OTN系統會自動糾正網絡中不同類型的錯誤，保證系統的高可靠性和高可用性。
物理拓樸結構有4種：點到點、環結構、星型和總線型。網絡的物理拓樸對整個系統的造價和可用性有著重要影響，由于OTN具有靈活的組網方式，使得用戶可根據實際環境和投資決定采用哪種拓樸結構，并可從一種拓樸類型靈活的轉換成另一種拓樸類型。
廣州地鐵采用環形網，不僅節省了對光纜的投資，而且雙環網對故障的自動修復能力，保證為廣州地鐵通信系統提供高可靠性和可用性的傳輸主干網絡。
幾種傳輸技術的應用比較
目前，在城市軌道交通通信系統中主要使用以下4種技術：
PDH（準同步數字傳輸系統）
SDH（同步數字傳輸系統）
OTN（開放式傳輸網絡）
各傳輸系統的技術特點與應用
PDH（準同步數字傳輸系統）
PDH具有多年發展史，技術非常成熟，且比較穩定，廣泛應用于早期的光纖數字網，但隨著通信技術的快速發展和用戶需求的不斷增長，已無法完全適應通信業務的發展需求。主要有以下缺點：
傳輸容量小；數字信號速率和幀結構不一，各廠家自行開發光接口；構成光傳輸網絡時，必須使用光端機、復用設備、PCM D/I設備組成，必須有兩套網管設備對傳輸網絡和接入設備進行管理，設備結構復雜冗余。
因此，目前，在構成通信傳輸網絡系統時，已很少采用該技術方式。
SDH（同步數字傳輸系統）
SDH是20世紀90年代初的產物，基于TDM傳輸原理，有非常成熟的ITU-T標準和產品。且技術先進，組網靈活，擴容升級方便，網絡可靠性強，具有標準的光接口和完全開放的國際傳輸標準，便于測試和維護。但在軌道交通中仍有以下缺陷：
接口種類單一，僅有PDH系列標準接口；傳輸窄帶業務時，需增加接入設備（PCM D/I）；無直接的視頻和LAN接口，需外部增加視頻和經太網路由器等；SDH、PCM、視頻和以太網需用不同的網絡設備進行管理等。
雖然SDH對于城市軌道有以下缺陷，但由于在公網和鐵路通信系統中的成熟應用及良好的業務支持能力，仍在城市軌道交通中得以廣泛應用。一般組網方式可以通過SDH加視頻專網和以太網的組合傳輸方式，這樣需要增加相應的光纜芯數，但大大降低了對SDH傳輸系統帶寬要求。SDH傳輸系統在上海地鐵和明珠線中被廣泛采用。
OTN（開放式傳輸網絡）
OTN是德國西門子ATEA公司開發的面向專網應用的開放式傳輸網絡。它基于TDM傳輸體制，但幀結構是非標準的，具有設備簡單、網絡可靠、組網靈活、擴容升級方便等優點。但OTN是一種企業內部規范，是一種非標準的系統，傳輸制式非國際標準化，很難在公網中得以廣泛應用，但特別適于專網的應用，特別是城市軌道交通這樣的一個封閉網絡。廣州地鐵、開津輕軌通信系統都采用該技術。
工程應用
OTN是針對那些大型的專網用戶，需傳送各種混合的業務（如語音、LAN、數據和視頻等）的最佳結構化和集成化的解決方案。適合于地鐵、輕軌、機場、管道運輸系統、采礦業、自動化工業廠區、軍隊、有線電視網絡和石油化工企業等復雜的采用混合通信的系統環境。
該系統已應用到廣州地鐵一號線和二號線，目前在天津輕軌中也得到了采用。利用該網絡組成了通信、信號、電力監控、BAS系統和自動售檢票系統等通信和控制系統。由于統一采用了ONT網，一方面避免了各系統獨立成網，節省了投資，方便了維護；另一方面，由于OTN網的高可靠性和高可用性及其杰出的自修復能力，使得各系統可以把傳輸部分看做是“透明的”，避免了各系統自成網絡時的相互干擾，為地鐵通信和控制系統提供了可靠安全的信息傳輸路徑，為各系統的正常運行奠定了基礎。
